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分析化學在陶瓷原材料檢測方面的應用及舉例
化學分析種類很多，對于不同材質、形態、含量的物質需選用不同的分析方法，以下是小編搜集整理的一篇探究分析化學在陶瓷原材料檢測方面應用的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：本文簡單介紹了分析化學的方法和種類，闡述了分析化學在陶瓷原材料檢測中的作用。以氧化鋯材料為實例，從其定性分析、定量分析和結構分析出發，重點介紹了XRD、化學滴定和激光粒度三種分析方法在氧化鋯陶瓷原料檢測方面的應用。并對比了這三種方法在材料檢測上的各自特征。指出了分析化學在陶瓷原材料檢測中的重要性。
關健詞：分析化學;陶瓷;氧化鋯;檢測
1、前言
研究物質化學組成的分析方法及有關理論的科學稱為分析化學(analytical chemistry)。分析化學是化學的一個重要分支，它的任務主要有三方面：鑒定物質的化學組成(或成分)、測定各組分的含量、確定物質的化學結構。它們分別屬于分析化學的定性分析(qualitafive analysis)、定量分析(quantitafive analysis)和結構分析(structuralanalvsis)的內容。分析化學不僅對于化學本身的發展起著重大的作用，而且在國民經濟、科學研究、醫藥衛生、學校教育等方面都起著重要的作用。如在國民經濟中對資源勘探、油田、煤礦、鋼鐵基地選定中的礦石及油氣等的分析;在工業生產中對原料、中間體、成品的分析;在農業生產中對土壤、肥料、糧食、農藥的分析;在原子能材料、半導體材料、超純物質中對微量雜質的分析等，都需要應用分析化學。有關生產過程的控制和管理、生產技術的改進與革新，也需要依靠分析結果進行操作。
隨著科技的發展，陶瓷材料已超越傳統上的意義，對人類生產生活有著極其廣泛的影響。從工業產品到日常生活，人類已經離不開陶瓷材料產品。因此，對陶瓷材料的檢測也隨之發展起來。如目前國內較先進的陶瓷產品性能的無損傷探測儀器，能在陶瓷產品無損傷的條件下進行諸如產品強度、抗熱震性、外觀有無裂紋、內部形貌、吸水率等指標的測試，有著廣泛的應用前景。陶瓷材料分為原材料和成品材料。原料檢測的方法有成分分析、形貌分析、晶相分析及粒度分析等。成品分析的方法有成分分析、晶相分析及性能分析等。
2、分析化學的分類
2.1 按檢測原理分類
分析化學按檢測原理可分為化學分析和儀器分析。
2.1.1 化學分析
化學分析法是主要利用化學原理進行分析的方法，它是絕對定量的。根據樣品、反應產物，或所消耗試劑的量，以及反應的化學計量關系，來計算出待測組分的量。化學分析是建立在對分析物質成分確定的基礎上，若分析物質成分不確定，則無法進行下一步的定量分析。
2.1.2 儀器分析
儀器分析是化學學科的一個重要分支，是目前的發展方向。它是以物質的物理和化學性質為基礎建立起來的一種分析方法。利用較特殊的儀器，對物質進行定性分析、定量分析、形態分析。儀器分析的方法很多，每一種分析方法所依據的原理不同，所測量的物理量、操作過程，以及應用情況都不同。儀器分析雖然能夠準確、高效地分析出材料的成分、含量等。但它的固定投資高，儀器維護使用費也高。而化學分析使用成本低，且還具有靈活性好、精度高等特點。儀器分析用來對物質進行定性分析，而化學分析則進行定量分析，目前它們被檢測中心和科研所廣泛采用。
2.2 按樣品性質分類
分析化學按檢測樣品性質分類可粗分為無機分析和有機分析兩大類。
2.2.1 無機分析
無機分析顧名思義就是對無機材料樣品的分析，無機材料又可分為無機非金屬材料和金屬材料。無機非金屬材料包括玻璃、水泥、陶瓷等。金屬材料包括鋁及其合金、銅、鋼鐵等。
2.2.2 有機分析
有機分析是指對有機材料樣品進行的定量分析。有機材料包括石油、染料、塑料、食品、合成藥物、中草藥等。
3、分析化學在陶瓷材料檢驗中的應用
分析化學種類繁多，門類復雜，但歸根結底都是對材料理化性能的分析，所以一般進行定性分析、定量分析和結構分析。下面以氧化鋯粉體為例，分別對其進行XRD晶相、化學滴定和激光粒度三個方面的檢測分析。
3.1 XRD晶相分析
XRD(X-ray diffraction)即x射線衍射分析方法。在眾多的分析測試方法中，XRD是最基礎和最常用的方法。其原理是利用x射線在晶體或非晶體中的衍射與散射效應，進行物相的定性和定量分析、結構類型和不完整性分析。當X射線穿過陶瓷材料單晶相或多晶相時，就會形成特定唯一的衍射圖譜。通過衍射圖譜的分析，查閱PDF卡片就可以確定其材料的晶相組成。特別是對于未知組份的陶瓷材料，XRD具有分析精確、判斷效率高等特點。圖1為氧化鋯粉料的XRD圖譜。
由圖1可知，通過28.2°、31.4°、50.2°所對應的d值，查PDF卡片，通過卡片，可判斷為氧化鋯材質。通過2e角度對應的峰值強度可判斷氧化鋯粉料主晶相為單斜相。
3.2 化學滴定分析及舉例
化學滴定分析是較為傳統和適用的成分分析方法，該方法具有成本低、精度高等特點。化學滴定法一般分為酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法及沉淀滴定法等。這些方法都被普遍使用在生產檢測當中。氧化鋯的滴定方法有多種，下面介紹一種常用的滴定法――硫酸銨法。
準確稱量1.0000g氧化鋯，于150mL燒杯中;加3g硫酸銨、5mL硫酸。用表面皿蓋上燒杯;在調壓電爐上加熱溶解樣品，直至試樣完全溶解到透明;冷卻后用水溶解稀釋，轉入250mL容量瓶里，冷卻至常溫;加水稀釋至刻度、搖勻、待測，記作溶液A。取A溶液25mL于250mL容量瓶中;然后加入lmL濃硫酸，加熱;再加入EDTA標準溶液至近終點，加熱至煮沸;然后再加入100mL水和兩滴二甲酚橙指示劑，加熱至煮沸，用EDTA標準溶液滴定至橙黃色，再加熱煮沸。繼續用EDTA標準溶液滴定至橙黃色不變為終點，記錄消耗的EDTA標準溶液的體積。其計算公式為：
Zr02%=1/10(T・V)/G×100% (1)
其中：T-EDTA對ZrO2的滴定度(g/mL);
V-消耗EDTA的毫升數(mL)：
G-所用二氧化鋯的質量(g)。
此方法采用EDTA絡合滴定法。可準確測出原料中99%以上的氧化鋯含量。經計算，測得上述氧化鋯粉ZrO2含量為99.59%。
3.3 激光粒度分析
我國的粒度測試技術比以前的篩分法和顯微鏡法已有較大的改進。目前大多數檢測機構、科研中心、企業都已采用激光粒度儀測試粉體粒度分布。雖然國家標準中仍將篩分法作為多種工業產品的粒度測定方法，但這些傳統的方法有操作煩瑣、耗時長以及重復性不好等缺點，已越來越不適應當前工業生產和科研快速反應的要求。而激光散射法是一種有效快速的測定粒度的方法，它可以較好地檢測出顆粒粒徑級配是否合理。圖2為12μm氧化鋯粉體的激光粒度測試結果。
4、XRD、激光粒度和化學滴定分析方法特征的比較
單一的分析方法很難將陶瓷原材料性能完全表征。因此，一種陶瓷材料需要幾種分析方法相結合，才能全面地了解材料的性能，從而正確地指導生產。表1為XRD晶相、化學滴定和激光粒度三種分析方法的特征對比。
由表1可知，采用XRD晶相定性分析，可以很好地測試出晶相組成及含量;化學滴定定量分析，可以很好地測試出化學組成及雜質含量;采用激光粒度結構分析，可以很好地測試出粒徑大小及分布情況。如果把XRD、化學滴定、激光粒度三種方法相結合，就能測定出陶瓷原料的基本性能。
5、結語
化學分析種類很多，對于不同材質、形態、含量的物質需選用不同的分析方法。陶瓷材料一般多用XRD、化學滴定法及激光粒度法等判定材料中物相、成分含量及顆粒分布等，此三種方法既有內部結構的分析，又有外觀形貌的分析，可較好地表征陶瓷材料的性能。化學分析對試驗或生產都可起到十分重要的指導作用，隨著分析化學測試技術的不斷發展。對陶瓷原材料的檢測將變得越來越先進，對陶瓷原材料性能的表征也會越來越全面。